VAKUUMIST 19/3(1999)                                                                                                                                  ISSN 0351-9716
VAKUUMSKA MOLEKULARNA DESTILACIJA
Bojan Povh1, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 1000 Ljubljana
Vacuum molecular distillation
ABSTRACT
In the paper the principle and design of laboratory and industrial plants (or the distillation of high-boiling and heat-sensitive compounds in the fine and high vacuum range are explained. The distillation in the vacuum range requires not only appropriate vacuum pumps but also special apparatus and machines. Different distillation procedures are explained and various types of apparatus are described. The advantages of vacuum molecular distillation are also found and various fields of application are described.
POVZETEK
V pnspevku smo opredelili glavne pojme pri vakuumski destilaciji toplotno občutljivih spojin z visokim vreliščem. Pri vakuumski destilaciji potrebujemo ne le primerne vakuumske Črpalke, ampak tudi posebne naprave. Pojasnili bomo različne destilacijske postopke in v zvezi z njimi opisali različne vrste naprav za destilacijo ter njihove posebnosti. Utemeljili bomo prednost molekularne destilacije in navedli konkretne primere m področja uporabe.
1  Uvod
Destilacija je postopek, s katerim separiramo komponente zmesi (destilanda) na osnovi različno močnega (hitrega) izparevanja. Destiland moramo ogrevati, pare pa kondenzirati na hlajeni površini. Kondenzat imenujemo destilat in v njem je več bolj hlapnih komponent.
V ostanku je, nasprotno, manj bolj hlapnih in več manj hlapnih komponent, kot jih je v prvotni zmesi. Postopek lahko ponavljamo (v splošnem z drugačnima temperaturama izparevanja in kondenzacije), dokler ne dobimo predpisane čistote. Če znova destiliramo vsakokratni ostanek, mu bolj hlapno komponento (ali komponente) vse bolj odvzemamo; če pa znova destiliramo vsakokratni destilat, ga z bolj hlapno komponento vse bolj bogatimo.
2 Fizikalne osnove
Vsaka sestavina destilanda ima svojo hlapnost, ki jo bomo definirali kot razmerje njenega molskega deleža v parni fazi (y) proti njenemu molskemu deležu v tekoči fazi (x). Za separacijo dveh komponent, npr. št. 1 in št. 2, je pomembna njuna relativna htapnost (12, tj. razmerje hlapnosti komponent:
ai2=(yi/xi):(y2/X2)                        (1)
čim večje je to razmerje (bolj hlapno komponento označimo s št. 1), tem boljša je separacija; pri c<i2=1 pa separacija z destilacijo ni možna.
Pri višjih tlakih (vključno s področjem grobega vakuuma) pride v destilacijski napravi pri definirani temperaturi vsaj približno do ravnovesja med paro in tekočino. Zato lahko možnost separaclje ocenjujemo
i Mag. Povh je upokojeni sodelavec Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko iz Ljubljane, ki je pred leti v okviru raziskovalne naloge obdelal to področje. Tekst je za objavo priredil urednik Vakuumi sta.
kar iz podatkov za fazna ravnovesja. Razmerje ipsi-lonov je po Daltonu kar enako razmerju parcialnih tlakov. Za parcialne tlake posameznih komponent velja za primer idealnih raztopin Raoultov zakon:
P^xip0,                                    (2)
kjer je p°, parni tlak čiste i-te snovi pri isti temperaturi. Ker je molski delež v zmesi manjši od 1, je pri idealnih raztopinah vedno pi<p°i. (Idealne so tedaj, kadar ne pride do izraza molekularna interakcija ali »aktivnost« med različnimi komponentami. To bo gotovo pri zmeseh spojin s podobno kemijsko strukturo, npr. metanol-etanol, benzen-toluen. ali pa, če je xj zelo blizu 1. torej je drugih komponent v zmesi le malo.) V splošnem je treba na desno stran enačbe (2) vstaviti še koeficient aktivnosti y,, ki |e odvisen tudi od sestave raztopine, ne le od temperature. (Ti podatki so le delno objavljeni, zato je navadno treba konkretno separacijo preiskati eksperimentalno.) Iz navedenega takoj sledi, da je relativna hlapnost v primeru veljave Raoultovega zakona kar enaka p°i/p°2. v splošnem pa <*i2-YiP°i/Y2P°2-
Če destiliramo pri atmosferskem tlaku, imamo opraviti z razmeroma visokimi parnimi tlaki, za katere so potrebne ustrezno visoke temperature. Uporaba vakuuma |e nujno potrebna, kadar destiliramo snovi, ki visokih temperatur ne bi brez škode prenesle (ali takih, ki jim bi atmosferski kisik škodoval). Dodatna prednost je, da se krivulje parnih tlakov različnih snovi proti nižjim temperaturam praviloma razmikajo. Zato se relativna hlapnost praviloma veča in separacija postaja bolj učinkovita, če gremo k nižjim temperaturam oz. k nižjim tlakom.
V področju srednjega vakuuma se začenja t.i. molekularna destilacija, pri kateri je izparevanje kontrolirano samo s hitrostjo izhajanja molekul iz proste površine tekočine in molekule na poti h kondenzatorju ne ovirajo druge. Po Langmuirju izhaja iz enote površine v časovni enoti približno toliko molekul, kot bi jih šlo iz odprtine v posodi z ravnotežnim parnim tlakom pn enaki temperaturi. To število podaja znan izraz iz kinetične teorije plinov, namreč nv/4. Če gostoto molekul n izrazimo s tlakom p, povprečno hitrost v pa z maso molekule /j in temperaturo, dobimo p/V2nkT/j.
Če prejšnji izraz delimo s korenom Avogadrovega števila, dobimo število izparelih molov: p/\27iRTM, kjer je M molska masa. Če pa izraz pomnožimo še z molsko maso, dobimo izparelo maso (w) v gramih. Za označene enote velja številska zveza:
w (g/cm2s)=0,0438 p(mbar)\M/T              (3)
Pri mešanici več spojin so ravnotežni tlaki komponent podani z (2), v splošnem še z dodatnimi koeficienti aktivnosti y. Če sta molska deleža dveh komponent zmesi v tekoči fazi npr. xi in X2, izpah v enoti časa naslednje število molov prve komponente: konsi. 7iXip°i/\'Mi; analogno velja za drugo kompo-
23
ISSN 0351-9716
VAKUUMIST 19/3(1999)
nenlo: konst.72X2P02/^ M2. Konstanta je v obeh primerih enaka, ker so okoliščine iste, in se bo pri deljenju krajšala. S tem dobimo za relativno hlapnost po enačbi
(1):                                         n    n    _____
«12=(Y1/T2)(P i/P 2WM2/M1                   (4)
Koeficientov y navadno ne poznamo, eksperimentalno določimo a in s tem namesto Y1/72 neki eksperimentalni faktor fs (faktor separacijske učinkovitosti), ki pove, kolikokrat je dejanska separacija boljša od »teoretične« (zafs=1).
V praksi se lahko relativna hlapnost v teku destilacije tudi spreminja; bolj hlapne komponente lahko npr. hitreje hlapijo s površine, kot se nadomeščajo iz globine z difuzijo. Trki parnih molekul na poti vračajo večji delež lažjih molekul kot težjih, kar pride do izraza zlasti pri večjih hitrostih destilacije /2/.
Pri zmeseh z večjim številom komponent s podobnimi hlapnostmi ena sama destilacija ne more dati zadovoljive separacije. Destilacijo moramo ponavljati v isti napravi ali pa ima aparatura v seriji več stopenj. Za ravnotežno destilacijo so v navadi destilacijske kolone, v katerih je v vertikalni smeri nanizanih več pladnjev (»plošč«)- Tekočina teče s pladnja na pladenj navzdol, para pa se dviga skozi odprtine in tekočino na pladnjih navzgor. Na vsakem pladnju prideta para in tekočina vsaj približno v ravnovesje in komponente se tam delno separirajo v skladu z relativno hlapnostjo. Tekočina postaja v smeri proti dnu kolone vse bolj bogata s težko hlapnimi sestavinami, para pa v smeri proti vrhu vse bolj z lahko hlapnimi. Separacijski učinek zaporednih stopenj se med seboj množi, in če je a za posamezne pladnje v povprečju blizu 1, je za dosego predpisane čistote treba kar precej stopenj. Na eno ravnotežno stopnjo odpade pri vakuumski destilaciji padec tlaka okrog 1-4 mbar. Pri pravi molekularni destilaciji je že celotni tlak precej nižji in v koloni na posameznih ploščah ne pride do ravnovesja. Kljub temu tudi tu radi govorijo o teoretičnem številu »molekularnih plošč«, potrebnem za zahtevano stopnjo separacije.
Kar zadeva hitrost procesa, je lahko najhitrejša destilacija z vretjem. Mehurji pare nastajajo tam tem hitreje, čim večje je dovajanje toplote. Zaželeno pa je, da je vretje mirno in da ni lokalnega pregrevanja tekočine. Pri normalni izparevalni destilaciji pa tekočina ne vre in hitrost procesa je kontrolirana po eni strani & temperaturo, po drugi pa s hitrostjo difuzije skozi plin nad tekočino. Če temperaturo nižamo, se izparevanje sorazmerno s parnim tlakom manjša, vendar se manjša tudi termična obremenitev produkta, kar je pri organskih snoveh velikokrat pomembno. Ce pa nižamo tlak preostalega plina v napravi, je difuzija vse lažja, kajti difuzijski koeficient za gibanje parnih molekul v plinu je obratno sorazmeren tlaku plina. V vakuumu, ko preostali plin praktično ne ovira več potovanja pare, lahko torej dobimo zadovoljivo hitrost destilacije, čeprav izberemo razmeroma nizek parni tlak.
Meja proti molekularni destilaciji v pravem pomenu ni ostra. Tlak preostalih plinov mora biti v splošnem pod 10-3 mbar, pri večjih jakostih izparevanja pa je lahko tudi nekoliko višji, saj sam parni tok pometa plinske molekule s svoje poti/3/. Ni pa v praksi nujno potrebno. da parne molekule ne bi trkale med seboj. Pri delovnem tlaku 10'3 mbar dobimo npr. za stearinsko kislino (95aC, M=284) po enačbi (3) kvečjemu 1,4 kg destilata na m2
izparevajoče površine na uro. To je premalo za običajne industrijske potrebe in pride v poštev le za laboratorijske naprave ali za destilacijo zelo dragih snovi. Pri industrijskih napravah gredo z delovnim parnim tlakom nad 0,01. če produkt dopušča, celo do 1 mbar, vendar poskrbijo, da je pot parnih molekul čim bolj široka in kratka. To je t.i. destilacija na kratko pot.
Hitrost destilacije v teh razmerah ne bo odvisna le od hitrosti izparevanja po enačbi (3), temveč od deleža izparelih molekul, ki dejansko dosežejo kondenzator. Geometrija naprave mora biti taka, da je pot med izparilnikom in kondenzatorjem čim bolj neovirana. Če bi ju povezovala cev, bi se velika večina že zaradi odbojev na stenah izparilnika in cevi vrnila na izparilno površino. Tudi pri destilaciji na kratko pot, ko je velika površina kondenzatorja direktno izpostavljena parnemu curku, pride do trkanja molekul, katerih poti se križajo (tega je več pri izparevanju iz konkavnih površin kot iz konveksnih, pri slednjih pa obratno sorazmerno krivinskemu radiju). Pri takih trkih se molekule odklonijo s prvotne smeri, in če je trkov dovolj, postane nadaljnje gibanje molekul neurejeno. Potem je verjetnost, da končno zadenejo kondenzacij-sko površino, dana z razmerjem velikosti le-te proti celotni. V primeru, da sta izparilnik in kondenzator dve paralelni ravnini, bo tedaj delež prvotno izparelih molekul, ki dejansko dosežejo kondenzator, enak 1/2, medtem ko se druge vrnejo na izparilnik /2/. Pri realnih napravah pa s takim sklepanjem ne dobimo kvantitativnih rezultatov, ampak se parametri destilacije navadno določajo empirično.
Tu omenimo še tehniko eliminacijskih krivulj, ki jo literatura pogosto navaja, omogoča pa določitev najprimernejših temperatur za izločitev bolj hlapnih komponent iz destilanda, katerega vedenja še ne poznamo. Določeno količino destilanda je treba ciklično destilirati, tako da se ostanek stalno vrača v rezervoar, destilat pa zbirati ločeno po frakcijah, dobljenih pri zaporedno višanih temperaturah destilacije /3/.
Nato merijo količino posameznih frakcij (če gre za večkomponentne mešanice, je možno s posebnimi metodami ugotavljati tudi količino posamezne spojine). Če narišemo te količine (v procentu od celotne mase destilanda) v odvisnosti od temperature destilacije, dobimo krivuljo na sliki 1, Časi destilacije pri
.			
temperature destilacije
Slika 1 Količina posameznih frakcij (v procentu od celotne mase destilanda) v odvisnosti od temperature destilacije
24
VAKUUMIST 19/3(1999)
ISSN 0351-9716
posameznih temperaturah (ali temperaturnih intervalih) morajo biti enaki. Ce ima naprava ločena rezervoarja za destiland in ostanek, je najbolje vsakokrat porabiti ves destiland, za naslednjo destilacijo pa uporabiti prejšnji ostanek kot destiland.
Oblika te eliminacijske krivulje je sicer odvisna od načina dela (od naprave, izbrane širine temperaturnih intervalov ter trajanja destilacije na vsakem), vendar je velikega pomena pri načrtovanju novih destilacij. Obstoj maksimuma določata dva nasprotujoča si vpliva: z rastočo temperaturo je parni tlak vse večji, vendar postaja destiland vse bolj izčrpan, na koncu lahke komponente v njem sploh ni več.
3 Izvedbe naprav za molekularno
destilacijo, razvoj in prednosti
Navedli bomo le nekaj najznačilnejših primerov iz literature in prospektov, da bi nekoliko predstavili pri nas razmeroma malo znano področje. Večino principov, na osnovi katerih še sedaj gradijo naprave, so razvili že med obema vojnama. Dobra naprava za molekularno destilacijo mora biti tako zasnovana, da kondenzacij-ska površina objema izparilno ali obratno, brez vmesnih ovir ali celo cevnih povezav, kot so poskušali pri prvih visokovakuumskih destilacijah. Temu delno ustreza že preprost stekleni kotlič (si. 2), ena od izvedb, s katerimi so eksperimentirali v Kodakovih laboratorijih za destilacijo snovi, potrebnih za proizvodnjo filmskih trakov. Izkoriščeno je le izparevanje znotraj stožca proti stropu, ne pa proti stenam. Nadaljnja zahteva je dobro črpanje, vod do črpalke mora biti širok in kratek.
__I____i
Slika 2 Stekleni kotlič - preprosta izvedba naprave za destilacijo snovi
Molekularna destilacija poteka pri temperaturah, ki so za okrog 200°C nižje od vrelišča snovi na atmosferi. Zaradi tega so razgradnja in druge spremembe organskih snovi (npr. polimerizacija) temu primerno manjše. Kljub temu je zaželeno, da je čas zadrževanja snovi pri temperaturi destilacije čim krajši. Tega pri verzijah s kotlom ni mogoče izpolniti, saj difundira destilat iz globine na površino zelo počasi, zlasti če ni vrenja. Mera za pričakovano termično degradacijo je po Hick-manu in Embreeju /4/ kar produkt tlaka destilacije in časa {tlak je seveda v enolični zvezi s temperaturo). Da čas skrajšamo, je torej nujno spraviti destiland v Čim tanjšo plast.
Prva 7adnvnljiva konstrukcija v tej smeri je naprava, v kateri teče tanka plast destilanda zaradi lastne teže po površini ogrevanega stebra navzdol, destilat pa se kondenzira na koncentričnem zunanjem valju (falling-film molecular still). Skico na sliki 3 povzemamo iz literature/1/. Osnovna plošča, ki nosi stekleni zvon, ima pregrado, ki omogoča ločeno odtekanje destilata in
ostanka. S tako napravo, a v laboratorijski in povsem stekleni izvedbi, so pri Kodaku začeli separirati vitamine A in D iz ribjega olja /3/. Industrijske izvedbe so pred vojno dosegle kapaciteto nekaj ton destilanda na dan. Večja dolžina stebra ima za posledico daljše čase izpostavitve, večji premeri pa neenakomerno porazdelitev plasti. Za po razdeljevanje destilanda se je najbolj obnesel vrteči se distributor in primeren relief na površini stebra.
Električno uporovno gretje stebra ima slabost, da se temperatura stebra zniža pri večjem pretoku destilanda (ravno nasprotno, kot bi bilo zaželeno), pri slučajnem zmanjšanju pretoka pa lahko pride do pregretja. Uporabili so tudi ogrevanje s sevanjem, najbolj enakomerno pa je z napeljavo vroče tekočine v notranjost stebra.
Vakuumska črpalka
Posoda za razplinjevanje
Ogrevan destilacijski
stf-h.}'
Destiland
JO
Cilindnčen kondenzator ' iz slekla
Pregrada za točero odtekanje destilanda ' in destilata
Podporna plošča
Črpalka
Slika 3 Shema naprave, s katero so pri Kodaku začeli separirati vitamine A in D iz ribjega olja
Večje kapacitete destilatorjev na padajočo plast so postale mogoče šele z iznajdbo gibljivih otiral, ki plast stalno mešajo in enakomerno porazdeljujejo po izpa-rilni površini. Metodo so predložili že leta 1943, komercialno pa so jo začeli uporabljati šele po letu 1950. Znano vakuumsko podjetje Leybold-Heraeus je šlo pri molekularni destilaciji celo izključno v to smer in nudi celo serijo destilatorjev za t.i. Kurzweg-Destillation, od laboratorijskih do največjih industrijskih. Na sliki 4 je prikazan presek skozi bistveni del manjše take naprave, namenjene za pilotno proizvodnjo /4/. princip pa je pri vseh enak.
Izparilna površina je zdaj notranja stena valjaste posode, ki jo obdaja grelni plašč, skozi katerega se napelje iz termostata na želeno temperaturo (do 300' C) segret termično obstojen medij (npr. silikonsko olje). Kondenzator je na sredi, hlajen je z vodo, po potrebi tudi z vročo vodo (za destilate, ki so pri nižji temperaturi preveč viskozni ali trdni). Sistem otirainih valjčkov (iz teflona), ki visi z vrteče se plošče zgoraj, stalno valja m razporeja tanko plast destilanda, ki teče po steni valja navzdol. Te valjčke centrifugalna sila potiska ob steno. Destiland priteka na zgornjo stran rotirajoče plošče, s
2b
ISSN 0351-9716
VAKUUMIST 19/3(1999)
katerega ga centrifugalna sila tudi meče ob steno. Neizpareli ostanek destilanda in destilata odtekata na dnu posode. Priključek na vakuumski sistem je navadno sestavljen iz hlajene pasti, oljne difuzijske in rotacijske črpalke.
grelni plašč - -
sistem oliralnih — valjčkov
grelna tekočina
priključek na      . vakuumski <^] sistem
aestiiai
destiland
vakuLm —   i5-*_S
kondenzator -        *-"S_:
ostanek destilanda
hladilna voda
Slika 4 Shema pilotne naprave za vakuumsko molekularno destilacijo podjetja Leybold-Heraeus
Na sliki prikazani tip ima površino izparilnika 10 dm2 in kapaciteto 10 do 20 kg destilanda na uro. Obstajajo Še trije manjši in 9 večjih tipov. Manjši so vsaj delno iz stekla. Najmanjša, namizna naprava za laboratorijske poskuse, ima izparilno površino 1,8 dm2 in kapaciteto dol kg/h. Največja naprava za industrijsko proizvodnjo pa ima površino 36 m2, je skoraj 10 m visoka in ima kapaciteto do 5000 kg/h.
Večinoma so te naprave izvedene za neprekinjeno delovanje, torej je možno odvzemanje produktov med delovanjem. Za bolj zahtevne produkte ponujajo dvostopenjske naprave, po potrebi pa je možno sestavit tudi več stopenj. Povezava med njimi je lahko različna pač glede na tehnološko nalogo. Možno je tudi de lovanje z vračanjem produktov (reciklaža) za popolnej šo izločitev želene komponente. V laboratoriju je mogoče delati tudi z eno samo stopnjo, le da gre čas za večkratno destiliranje, vmesno čiščenje naprave in ponovno segrevanje produkta (to velja tudi za druge tipe destilatorjev). Ker je princip delovanja pri vseh tipih te Leyboldove serije enak, lahko parametre procesa, ki jih dobimo na laboratorijskih in pilotnih napravah, prenesemo na industrijske. Za te naprave z otiranjem plasti za zdaj še ni zaključene teorije. Tudi. če bi bila, za konkretno nalogo vnaprej navadno nimamo dovolj podatkov. Zato je nujen eksperimentalni način.
V že omenjenih Eastman Kodak Laboratories, ki so imeli pionirsko vlogo pri molekularni destilaciji, so leta 1935 Hickman in sodelavci naredili prvo centrifugalno
destilacijsko napravo. Princip je razviden iz skice na sliki 5/1/. Destiland je napeljan na sredo hitro se vrteče, stožčasto oblikovane, ogrevane ponve, na kateri se porazdeli v tanko plast. Destilat se kondenzira na steklenem zvonu, ostanek pa centrifugalna sila vrže čez rob ponve v okolni žleb, od koder ločeno odteka iz naprave. Plast destilanda postane zelo tanka, čas izpostavitve višji temperaturi pa zelo kratek.
. Stekleni zvon
Podporna plošča Destiland
\Priključek na vakuumski sistem Moto i
/
Konden2at
Slika 5 Shema prve centrifugalne destilacijske naprave podjetja Eastman Kodak
Večje verzije teh naprav imajo vodno hlajen kondenzator. nameščen v bližini izparilnika. Kodakova skupina je v naslednjih letih razvijala tudi industrijske destila-torje, tako da so ob koncu vojne centrifugalne naprave že prevladovale v industrijskih aplikacijah molekularne destilacije. Istočasno so raziskovali postopke za pridobivanje in lastnosti snovi /3/. Tako so obdelali razne spojine vitamina A, vitamin D iz raznih virov, holesterol. spojine vitamina E. nekatere hormone in barvila. Kot podružnica Kodaka je nastala tovarna Distillation Products Inc. v Rochestru, N.Y. in tam je Hickman kmalu po vojni razvil tudi največji centrifugalni destilator tipa '¦cvetlični lonec« s premerom rotorja 60" (1,5 m). Njegova kapaciteta je bila do 1000 kg/h. Še danes delajo (druga podjetja) zelo podobne destilatorje za veliko industrijsko uporabo. Pri britanskem podjetju Vitamins Ltd. so iznašli še verzijo z »na glavo« postavljenim izparilnikom, kar je olajšalo zbiranje in odvajanje destilata.
Omenjeno podjetje iz Rochestra je bilo sprva edini proizvajalec centrifugalnih destilatorjev. Osnovna izvedba za laboratorijsko rabo je bila CMS-5 (zasnovana I. 1947, s premerom rotorja 5") in z njo so razni avtorji preučevali destilacijske metode še vse do leta 1980 /5-11/). Že v članku iz leta 1972 najdemo kot proizvajalca teh naprav znano vakuumsko podjetje Consolidated Vacuum Corporation s sedežem v Rochestru. ki se je najbrž združila s prej omenjeno, v Angliji pa je nastopala podružnica v Wokinghamu. Izdelovali so tudi tipe destilatorjev s premerom rotorja 15, 36 in 60 palcev. Zdaj prodajajo vso serijo centrifugalnih destilatorjev, od laboratorijskih do industrijskih /12/ Laboratorijski napravi LAß 3 in LAB 5 (premer 3 in 5") oto zdaj čisto drugače oblikovani in modernizirani, večji tipi pa so PILOT-15, MAKRO-36 in MAGNA-60. Zadnji je pO konstrukciji enak že omenjenemu »cvetličnemu loncu«. Ko smo CVC zaprosili za prospekte, so nam jih poslali iz svoje podružnice v Wokinghamu (nekatere tipe izdelujejo v Angliji).
26
VAKUUMIST 19/3(1999)
ISSN 0351-9716
Uveljavljene naprave za molekularno destilacijo, tako one z otiranjem padajoče plasti kot te centrifugalne, razmeroma šibko separirajo snovi s podobno hlap-nostjo, zmorejo kvečjemu toliko kot ena »»teoretična molekularna plošča« (izraz je razložen v prejšnjem poglavju). Za večjo čistost je pač treba produkt večkrat predestilirati na isti napravi ali pa ga zvezno voditi skozi kaskado destilatorjev. Pri tem pride do daljše izpostavitve nezaželenim temperaturam, a ta čas je kljub temu za več redov velikosti krajši kot pri konvencionalni destilaciji v grobem vakuumu.
Tabela prikazuje približno debelino plasti destilanda ter povprečni čas izpostavitve nezaželeni višji temperaturi za obravnavane vrste molekularnih destilatorjev /3/:
Vrsta naprave	Debelina plasti	Čas izpostave
Laboratorijska (na koitič)	10-15 mm	1-5 h
Industrijska (na padajočo plast)	1-3 mm	2-10 min
Laboratorijska (na padajočo plast) Centrifugalna	0,1-0,3 mm	10-50 s
	0.01-0.06 mm	0.04-1 s
To dopolnimo še s podatkom /4/, da je pri destilatorju z otiranjem padajoče plasti debelina plasti od 0.05 do 0.5 mm, povprečni čas pa 10-20 s. Iz teh podatkov se vidi prednost centrifugalnega principa pred vsemi drugimi. Približuje se mu princip otiranja padajoče plasti, pri katerem je lažje povečati izparilno površino za največje industrijske naprave, vendar za bolj viskozne tekočine nastopajo težave pri delovanju otiral /9/.
4 Področja uporabe vakuumske molekularne destilacije
Molekularna destilacija se uporablja za termično občutljive organske in silikonske spojine z molekularnimi masami od 150 do 4000. Obstaja korelacija med molekularno maso in parcialnim tlakom, zato so za destilacijo težjih spojin potrebne višje temperature (npr. za parafin M = 200, T=90"C, za tristearin pa M=850, T=290°C). Snovi z molekularno maso nad 300"C se le redko dajo destilirati na konvencionalne načine, ker so tam potrebne temperature previsoke. Že med vojnama je uspelo pridobiti iz naftnih ostankov t.i. apiezonska olja m masti, ki imajo pomen za vakuumsko tehniko. Moderna primera aplikacije v takšne namene sta pridobivanje vrhunskih olj za difuzijske črpalke (s skrajno nizkim parnim tlakom pri sobni temperaturi). S separa-cijo fenil metil siloksanov /7,11/ se pridobiva pentafenil trimetil siloksan, ki ga prodajajo npr. pod oznako DC 705. Molekularna destilacija se uporablja tudi za poli fenil eter, ki ga prodajajo npr. pod oznako CONVALEX.
Za razmah molekularne destilacije in za razvoj velikih naprav je prispevala predvsem potreba po vitaminih (A in D), ki so jih začeli okrog 2. svetovne vojne pridobivati z destilacijo iz ribjih olj. Zdaj se uporablja v farmacevtski industriji tudi za druge vitamine, naravne in sintetične (E, K1 do K4) ter za vrsto procesov čiščenja in separacije raznih snovi za zdravila (aminokislinski estri, kislinski kloridi, derivati glukoze, indoli. terpenski estri).
Pomembne so tudi uporabe v raznih drugih industrijah - kemični, kozmetični, prehrambni idr. Omogočena je destilacija naravnih olj, masti in voskov; odstranjevanje lahkih nečistoč, obarvanosti in vonjav iz hcinovega. lanenega, bombažnega, žitnega in sojinega olja; separacije antioksidantov (za dodajanje jedilnim oljem in mastem) in prooksidantov (za proizvodnjo barv in lakov) iz naravnih trigliceridnih maščob; odstranjevanje reagentov po predelavi; pridobivanje koncentratov monogliceridov /13,4/ in digliceridov maščobnih kislin. nekaterih maščobnih kislin, njih amidov ter dimernih kislin; čiščenje raznih estrov za industrijo umetnih snovi; frakcioniranje naravnih smol in gum (kolofonija. nekateri insekticidi).
Nadaljnji proizvodi, pri katerih se uporablja molekularna destilacija, so v kemični industriji težji alkoholi. glikolni etri, poliglikoli. halogenski ogljikovodiki, herbicidi. V kozmetični industriji; lanolin, eterična olja in razne dišave; ekstrakti iz alg, cvetov, korenik. V industriji umetnih snovi; epoksidne smole, stabilizatorji. mehčalci. V industriji barv in lakov se sušilne lastnosti in trdota plasti polimehziranih olj (kot hcinovega ali lanenega) spremenijo, če oddestiliramo lahke komponente. V petrokemiji dobimo iz ostanka atmosferske destilacije več uporabnih snovi boljše kvalitete in nižje viskoznosti kot pri konvencionalni vakuumski destilaciji v stolpu: visokotemperaturna maziva, parafinska olja, težka olja. Možna je regeneracija in ponovna rafmacija rabljenih olj, dobijo se kvalitetni produkti in z visokim izkoristkom.
Majhne naprave za molekularno destilacijo v laboratorijih za organsko kemijo so v pomoč pri raziskavah in nudijo nove ideje za komercialno rabo. Laboratorijske naprave so uporabne za preiskavo različnih proizvodov, za analitične raziskave in tudi za pilotno proizvodnjo majhnih količin bolj dragocenih snovi (npr. za farmacijo).
5 Sklep
V prispevku smo razložili princip ločevanja snovi z destilacijo, razliko med konvencionalno in molekularno destilacijo ter prednosti le-te. Podrobneje smo opisali okoliščine, ki vplivajo na hitrost izparevanja in destilacije. Podali smo kratek pregled razvoja molekularne destilacije in opis ključnih tipov naprav, ki so pri tem razvoju igrali pomembno vlogo. Navedli smo tudi nekaj primerov snovi, ki jih lahko uspešno separiramo z modernimi napravami za molekularno destilacijo. Slednje se uporabljajo v raznih panogah industrije, majhne naprave v laboratorijski izvedbi pa za raziskovalno delo in pilotno proizvodnjo dragih snovi.
6  Literatura
/1 /  J.L Ryans. DL Roper. Process Vacuum System Designs Operation. Mc Graw-Hill. 1986
/2/  G. Burrows. Molecular Distillation. Oxford University press. 1960
;3/  K.CD Hickman. Chem. Rev. 34 (1944), 51
/4/  Prospekti podjetja Leybold-Heraeus
/5/  R.M Bleuler et al.: Anal. Chem.. 21 (1949) 638
/C/  D D. Creenbecg, Al ChC Journal, 10 (1972) 269
[71  G.J. Rees. Vacuum. 23(1973)5
[81  G.J. Rees. Vacuum. 26(1976)377
[9/  G J. Rees. Chem Eng. Sei, 34 (1979) 159
/10/  G.J. Rees. Chem Eng Sei.. 35 (1980)837
/11/  Prospekti podjetja Consolidated Vacuum Corporation
/13/  R. Habendorfl.CZ Chemie-Technik 2, N°1 (1973)21
/14/  D. Bethge, Vakuum in Forschung und Praxis. N'2 (1996) 84
27
ISSN 0351-9716
VAKUUMIST 19/4(1999)
VAKUUMSKA MOLEKULARNA DESTILACIJA (2. del)
Bojan Povh', Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30. 1000 Ljubljana
Vacuum molecular distillation (Part II)
ABSTRACT
In the previous contribution the basic principle of separatton ot substances by distillation was described. Differences between conventional and molecular still and advantages of the latter for high-boiling and heat-sensitive compounds, as well as parameters which influence on the evaporation rate and still efficiency were also explained. In this part a short theoretical basis for centrifugal molecular still is given.
POVZETEK
V prejšnjem prispevku smo opisali osnovni princip ločevanja snovi z destilacijo, razliko med konvencionalno m molekularno destilacijo. prednosti le-te ter okoliščine, ki vplivajo na hitrost izparevanja m destilacije Nato smo podali kratek pregled razvoja molekularne destilacije in opis ključnih tipov naprav. V nadaljevanju bomo na kratko opisali teorijo delovanja centnfugalne molekularne destilacije
1  Uvod
Pri molekularni destilaciji sta se uveljavili dve vrsti naprav: na padajočo plast destilanda, ki jo otirajo teflonski valjčki, ter na centrifugalni princip, ki daje tanko plast na površini ogrevanega rotorja. Obe vrsti sta bistveno skrajšali čas zadrževanja snovi pri povišani temperaturi. Ker je temperatura destilacije pri nizkem tlaku že tako bistveno nižja kot pri konvencionalni destilaciji, je na ta način mogoče sepahrati tudi malo hlapne organske snovi velike molekularne mase.
Za teoretično obravnavo smo izbrali centrifugalni princip molekularne destilacije. V tem primeru tekočina odpareva s stalno se obnavljajoče tanke plasti na ogrevanem, hitro se vrtečem disku ali stožčastem rotorju.
2 Teoretična obravnava centrifugalne
destilacije
Najprej bomo določili glavne mehanske parametre takega toka za primer, da ni odparevanja. Kasneje bomo v obravnavo vključili tudi odparevanje ter zanj potrebno toploto in temperaturo plasti. Obravnavali bomo tudi razmere, pri katerih lahko difuzija komponent v tekočinski plasti ovira destilacijo.
2.1 Laminarni tok plasti po vrtečen se disku
Predpostavili bomo, da je tok tekočine laminaren, kar lahko kasneje, po določitvi potrebnih podatkov, tudi preverimo. Za tok plasti po plošči izračunamo ustrezno Reynoldsovo število (to število določa, kdaj je gibanje tekočine laminarno in kdaj turbulentno) z njeno debelino Ö, hitrostjo toka u na površini plasti ter kinematično viskoznostjo v : Re = uS/v. Če je to število pod 590. se turbulenca nikoli ne razvije /1/. Če ni motenj, bo tok ostal laminaren tudi pri viSjin Re. iz motenj pa se razvije
1 Mag Bojan Povh je upokojeni sodelavec Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko iz Ljubljane, ki )e pred leti v okviru raziskovalne naloge obdelal lo področje. 8esedilo je za objavo priredil urednik Vakuum ista.
turbulenca, kadar je njih frekvenca v določenem frekvenčnem pasu (odvisnem od Re in 6).
Na sliki 1 je prikazan del diska v prerezu, na njem pa plast tekočine, ki je na razdalji r od osi debela S. Kaj je blizu same osi, nas ne bo zanimalo (tam tudi sil zaradi površinske napetosti in težnosti ne bi mogli zanemariti}, a tam nekje dovajamo stalen dotok tekočine, ki jo končno vrže z roba diska v obliki drobnih kapljic.
Slika 1: Plast tekočine na vrtečem se disku
Na majhen izsek plasti širine dr, dolžine dl (del krožnega loka v smeri pravokotno na risbo) in globine od površja (kjer je y = 6} do nivoja y deluje v koordinatnem sistemu, ki se vrti z diskom s krožno frekvenco o), centrifugalna sila dl.dr (S-yJpo^r. Zaradi nje odteka tekočina navzven, njena hitrost u bo sicer odvisna od y. pri samem disku bo nič, na vrhu pa maksimalna. Zaradi viskoznosti deluje na dno našega izseka strižna sila dl.dr.p\(du/dy) in le-ta drži ravnotežje centrifugalni sili (vztrajnost tekočine tu ne pride do veljave, ker so spremembe hitrosti v radialni smeri veliko manjše kot v smeri y). Iz izenačenja in po intregraciji sledi za hitrost:
u(y> = 5L
V
„4
Hitrostni profil v odvisnosti od koordinate y je torej paraboliČen, pri samem disku je nič, na vrhu plasti (pri y = 5) pa je umax=(<>čl2v)rS2. Lahko izračunamo še povprečno hitrost u:
ö4ju(y)dy = f-r62
O)
Debelina 5 za zdaj še/ii znana, odvisna bo od jakosti dotoka v sredi diska. Če je celoten volumetrični dotok ©znan, sledi zaradi kontinuitete<J>=2nrÖu in enačbe (1):
m-$
3v0
2t«i>
¦r'
[2]
V relativnih enotah je ta odvisnost od r prikazana na sliki 2. Ce gremo s tako izračunanim 6 v enačbo (1), do-
le
VAKUUMIST 19/4(1999)
ISSN 0351-9716
bimo, da povprečena hitrost tekočinske plasti pojema v smeri naraščajočega radija kot r1/3.
0                                     0.5                                     1
r/r0
Slika 2: Radialna odvisnost debeline plasti tekočine in hitrosti le-te (obe količini sta prikazani v relativnih enotah) na vrtečem se disku
Ta potek je razviden, spet v relativnih enotah, s slike 2. Obakrat smo za r0 vzeli največjega (na robu diska). Cas potovanja tekočine od sredinskega področja do roba diska dobimo z integracijo:
= 'f_dr_=3ro.
Ju(r)    41^
(3)
Integrirali smo kar od r =0, ker je pri sredi hitrost zelo velika in poraba časa zanemarljiva. Cas torej preprosto izračunamo iz radija diska ter povprečne hitrosti na robu diska, ki jo dobimo iz enačbe (1) po vstavitvi r=r0 in z upoštevanjem (2).
Vzemimo konkretne podatke za značilno komercialno napravo, ki naj ima naslednje karakteristike. Premer rotorja (v resnici sicer stožčastega) je 127 mm, torej ro=6,35.10*2m. Hitrost vrtenja je približno 1700 Obr./min., torej to = 178 s . Srednja hitrost napajanja z destilandom je 30 ml/min. torej 4>=0,5.10^m3/s. Za
n dokaj
5m2/s.
glicerol. ki ima pri 70'C gostoto 1,23 g/cm ir veliko viskoznost ii=5-10 Ns/m , je V=4.07-10 S temi podatki dobimo 5o=4,24.10"?mm, u0~2,95cm/s in t = 1,6s. Pri manjši viskoznosti, večji krožni frekvenci in večjem dotoku se ta čas skrajša. Zdaj lahko tudi za Re ugotovimo, da je res zelo majhen.
V tem preprostem opisu nismo upoštevali izparevanja s plasti. V nadaljnjem bomo prikazali popolnejšo teorijo, ki upošteva tudi izparevanje s površine plasti, ki pa ni povsod enako vroča (kjer je plast debelejša, je hlad-nej-ša). Ta teorija, ki jo povzemamo po literaturi /2,3/, tudi vzame namesto ravnega diska stožčasto površino, ki oklepa z osjo vrtenja splošen kot ip (prej smo imeli <P = 90°).
2.2 Popolnejša teorija
Jakost izparevanja z enote površine označujemo zw, Teoretično jo podaja enačba, ki smo jo utemeljili v
prejšnjem prispevku:              ___
w(g/cm2s)=0,0438.p(mbar)\M/T. kjer je T lokalna temperatura. Povprečni temperaturi površine bi ustrezala neka w. Dejansko pa eksperimentalno ugotovimo neko drugačno povprečje we, ki ga lahko izrazimo kot aw (a imenujemo izparevalni koeficient). Potem lahko tudi w korigiramo z istim a.
Slika 3 prikazuje površino stožčastega rotorja in izbiro koordinat. Začetek osi x sicer postavimo na poljubno mesto površine rotorja, a vse parametre, ki se nanašajo na to mesto, bomo opremili z indeksom nič (debelina plasti bo tam npr. 60, radij kroženja za to točko q0 itd.). Rezultate pa bomo na koncu preoblikovali tako, da bodo_ v njih normirani parametri: 6*=S/So, w"=š/Lo. u*=u/üo-
o
Slika 3: Površina stožčastega rotorja in izbira koordinat
Pokaže se, da lahko težnost zanemarimo, prav tako Coriolisov pospešek, ki deluje v vrtečem se sistemu na plast tekočine pravokotno na njeno osnovno gibanje v radialni smeri /3/. Tudi druge predpostavke so enake kot prej, le daje treba upoštevati komponento centrifugalne sile, vzporedno s površino. Zato dobimo namesto (1):
'J        !CI
sintp / 3v)^
(4)
Masni pretok tekočine, ki je na sredi enak <j>.p, bo zaradi odparevanja proti periferiji vse manjši. Označimo z G (=2n^pÖu) masni pretok prek vsega obsega 2iL- Ta pretok bo po preteku dx po rotorju padel za toliko, kolikor tam izpari, torej dG=-w2;i^dx. Zaradi L=Lo+x.sini(> dobimo dG=*-(2icw/sinq>)LdL. To lahko približno integriramo, če vzamemo namesto w kar konstanto w:
n                2*w  < 2    ,2
(4!
17
ISSN 0351-9716
VAKUUMIST 19/4(1999)
Vstavimo ustrezna izraza za G in Go. upoštevamo (4) in po preoblikovanju (5) dobimo:
-vr.[i-Pw(v2-i)f
A
m
kjer smo vpeljali okrajšavo ß=3v/2po> sin ip So . Ker sledi iz (4) zveza u*=L*-5* , dobimo iz (6) takoj tudi približno vrednost u*:
*-(L]* [i-ßwr-i)f
*
(7)
Točnejši izraz za 5* bomo dobili z upoštevanjem, da temperatura površine plasti ni povsod enaka, temveč raste proti periferiji, ko se 8 tanjša. Destiland naj se že dovaja segret na temperaturo rotorja in predpostavimo, da se toplotni tok, ki prihaja z ogrevanega rotorja, porablja praktično samo za izparevanje (sevanje s površine zanemarimo). Gostoto toplotnega toka izrazimo s prevodnostjo (k) plasti ter z diferenco AT, nastalo na njej. namreč q=k.AT/S. Izparevanje w pa izrazimo z izparilno toploto X: w=q/X. S tem lahko pišemo dG v obliki:
Aosmip
Izpišimo še G v obliki, v kateri nastopa u po (4):
q_ Zmo^psirup   2g3 3v
(8)
(9)
To enačbo diferenciramo in rezultat izenačimo z (8):
25* ,,s3d5              vkAT
3                dL       (o2Xpsin2ip
Množimo s 4, prvi člen razbijemo na (5/3)ft4+84, in leva stran se nam pretvori v obliko
3
<*5
Z vpeljavo nove spremenljivke t=qS4 dobimo končno
4 vkAT

(o2Xpsin2 tp
(10)
AT je tu še funkcija od c, (ali Ö, ki je pa funkcija $). Ce vzamemo, da je q po vsem rotorju vsaj približno enak, je AT/8=konst.. torej
AT**S*                                   (11)
Konstanto C določa pogoj, da je pri ^=q0 obenem s č,* tudi t*=1. Za 8* si izposodimo približni izraz (6), namesto kATo/J. pišemo woöo. namesto 4v/(co2psin2<?) pa 8ß8o3/3 in po integraciji in ureditvi dobimo rezultat v obliki:
6*=  ~

'f^i-Mf-ff
(13)
Izračunane vrednosti za komercialno napravo, s karakteristikami, kot smo jih omenili na koncu prejšnjega poglavja, in gncerol pri 91°C (w=3,3.10'3 g/cm2s, eksperimentalni ft=0,88), so zbrane v tabelil /4/.
Tabela 1:
Radialna	Debelina	Masni tok	Srednja	Površinska
tega	plasti		hitrost plasti	temperatura
(cm)	(mm)	(g/s)	(cm/s)	(C)
1.11 (dovod)	0,1	0.54	6.39	91
2,08	0,065 0.053	0.51	5,0	87.9
2,72		0.48	4.39	88.3
5.66	0.025	0.21	1.98	89.5
Nekaj podatkov obstaja še za dibutil ftalat. sicer pa v literaturi nismo našli primerjav med teorijo in meritvami.
2.3 Vloga difuzije
Odparevanje s površine smo računali po formuli na začetku prejšnjega poglavja; za homogeno snov je treba vstaviti njen nasičeni parni tlak, za izparevanje iz raztopine pa ustrezno znižani tlak komponente. Glicerol v prejšnjem primeru mora imeti parni tlak že nad 10"' mbar, da utegne v znatni meri odpareti v kratkem Času potovanja po disku. Kadar gre za zmes. se lahko zgodi, da bolj hlapna komponenta s same površine hitro izhlapi, v globini pa ostaja, ker ne utegne dovolj hitro prihajati na površje. Zato smo posvetili pozornost tudi temu problemu.
Difuzija iz debele plasti, v kateri je na začetku povsod enaka koncentracija Co difundirajoče komponente (in tako ostane v veliki globini tudi naprej), ob času nič pa površino izpostavimo vakuumu, poteka po znani funkciji: C(x,t)=C0 erf(x/2\Üt). kjer je x globina pod površjem, t čas in D difuzijski koeficient. To velja, kadar odhajanje plina ali pare s površine praktično ni ovirano, tako da je koncentracija pri sami površini od t-0 naprej nič. V tem primeru odhaja v vakuum tale gostota toka:
S tem ae da (10) integrirati takole:
«Ti—k
4vkAT„
w >.psin <p
,,:-
jv*«'(vK
(12)
F = C0jD/nt
(14)
Tako se izplinjujejo iz destilanda npr. raztopljeni plini (ali zelo hlapne pare pri višjih temperaturah). Če je C0 tako   visok,   da   ustreza   ravnotežnemu  tlaku   nad
18
VAKUUMIST 19/4(1999)
tekočino nekaj mbar ali več. izhaja plin tudi v obliki mehurjev /5/. Ce je plast tekočine tanka, velja (14) le za začetno oddajanje, ko pa se difundirajoča komponenta v globini izčrpa, pada F hitreje kot t1'2.
Težja je splošna obravnava, ko ni vnaprej rečeno, da samo difuzija omejuje izhajanje pare, saj ga lahko tudi ali celo predvsem sam proces izparevanja. Prilagodili jo bomo po literaturi /1/, ki obravnava proces izpli-njevanja materialov v vakuumu ob hkratnem upoštevanju difuzije in desorpcije s površine. Odparevanje s površine bomo obravnavali kot desorpcijo iz polno (v primeru zmesi tudi delno) zasedene površine, saj fizikalno ni razlike med procesoma.
Število desorbiranih molekul na enoto časa in ploskve je podano z razmerjem a/t (o je število molekul na enoto ploskve, t je poprečni čas vezanosti, odvisen od vezavne energije in temperature). Značilni kandidati za molekularno destilacijo (dioktil ftalat, dioktil sebakat, lanolin, polifenil eter) imajo molekularno maso okrog 400 in dosežejo parni tlak 10*3 mbar pri temperaturi okrog 160°C. V površinsko enomotekularno plast gre okrog 1.1014/cm2 takih molekul. Iz primerjave a/t z enačbo za w dobimo, da mora biti t pri tej temperaturi okrog 1,6.1 O*3 s. Le za kakih 65"C višje, ko parni tlak naraste na 0,1 mbar, je ta čas že 100-krat krajši. Koncentracija Cs v površinski plasti, debeli okrog 1x10"7 cm. je pri polni zasedenosti okrog 1021 molekul/cm3, pri delni pa le tak delež tega, kot ustreza odstotkovni sestavi snovi. Če hočemo odparevanje zapisati namesto alt kot aCs. mora biti koeficient a razmerje debeline enomolekularne plasti in t. V navedenem primeru je a=0,6.10*4 cm/s za nižjo ali 0,6.10"2 cm/s za višjo temperaturo.
Spet vzemimo najprej debelo plast destilanda, ki ima sprva povsod Co (koncentracija hlapne snovi v njem). Ob izpostavitvi površine vakuumu začne odparevanje z gostoto toka F0=aCo, a kmalu se površina delno izčrpa in se vzpostavi ravnotežje med odparevanjem F(t)=aCs(t) in prihajanjem iz globine z difuzijo. Časovni potek je podan/1/z:
F = F0exp(a2t/D)-fl-erf>/«2t/D)          (15)
Dokler je <x2t/D< 1, F le prav počasi pada od začetnega Fo-ctCo. ki ga kontrolira izključno "desorpcija". Kasneje. pri a2 t/D> 1. začne odparevanje kontrolirati difuzija in se končno (15) poenostavi v (14).
Kaj pa, če je plast tanka? Za F(t) ni pripravnih izrazov. pač pa ga najdemo za f /1/, to je razmerje količine opazovane komponente, ki je še ostala v plasti po času t, proti njeni začetni količini:
f2L*exP[-j>g(D,/Ql
S?      «(ßS+L' + l.)
Tu je t debelina plasti, ki jo izpostavimo vakuumu le enostransko, L je brezdimenzijski parameter (ta/D), ßn pa so pozitivni koreni enačbe ß tgß=L. Vedenje te vsote ugotovimo že s prvim členom (nadaljnji so majhni).
Za majhen L je ßi*=VCin f=exp(-at/E), torej neodvisen od D. odvisen le od "desorpcijskega" parametra a, in
ISSN 0351-9716
difuzija ne pomeni nobene ovire. Za zelo velik L je ßi=n/2 in f pada približno sorazmerno z exp(-2,46 Dt/l2) odparevanje omejuje le difuzija, desorpcija sproti sledi. Za približno e-krat upade f. ko je eksponent 1, od koder sledi karakterističen čas za difuzijo to=P2/2.46 D.
Na osnovi pregleda splošnih fizikalnih in kemijskih priročnikov, ki pa so s takimi podatki zelo skopi, sodimo, da lahko za take organske tekočine in temperaturo računamo z D okrog 10'8 m2/s. V tem primeru bi pri debelini 6=0,05 mm, značilni za centrifugalni desti-lator, dobili tD=10"' s in bi lahko rekli, da pri časih potovanja po rotorju okrog 1 s difuzija ne bo bistveno prepočasna, da se zaradi nje ne bi utegnila izločiti hlapna komponenta. Rezerve pa ni veliko in se lahko pri drugačnih podatkih stvar tudi obrne. Pač pa lahko spet vidimo, da je izparevanje pri temperaturi, ki ji pripada nasičeni parni tlak komaj 10"3 mbar, prepočasno za navedeno debelino plasti in čas potovanja po rotorju. Z navedenimi podatki dobimo L-3.10'3, ki je tako majhen, da omejuje proces izključno odparevanje. Časovna konstanta eksponencialnega upadanja f je kar P/u=83 s. šele pri višji temperaturi, za parni tlak 10"1 mbar. se ta konstanta zniža na sprejemljivih 0,8s. Tam pa je L že 0,3 in bi za točen račun morali uporabiti splošno formulo (16), ki upošteva hkrati površinsko odparevanje in difuzijo.
3 Sklep
Teoretična obravnava centrifugalne molekularne destilacije je pokazala, da je tok plasti po rotorju praviloma laminaren. Določili smo tudi glavne mehanske parametre takega toka za primer, da ni odparevanja. Na to obravnavo smo navezali popolnejšo teorijo, ki vključuje tudi odparevanje, zanj potrebno toploto in temperaturo plasti. Lotili smo se tudi vprašanja, v katerih razmerah lahko počasna difuzija komponent v tekočinski plasti ovira destilacijo,
4  Literatura
/1/ Lexikon der Physik, Deutscher Taschenbuch Verlag /21 G.J Rees. Vacuum, 23 (1973) 5 /3/ G.J Rees. Chem Eng. Sc!.. 35 (1980) 837 14/ OB Greenberg, AI ChE Journal, 18(1972)269 151 G. Burrows. Molecular Distillation. Oxford University Press. 196
Popravki
V prvem delu prispevka o vakuumski molekulami destilaciji
(Vakuumist, št. 3. letnik 19,1999. 23-27) se je prikradlo
kar nekaj tiskarskih napak, zato v nadaljevanju objavljamo
popravke. Avtorju prispevka mag. Bojanu Povhu se za ta
spodrsljaj iskreno opravičujemo. Popravki so naslednji:
5. vrstica po naslovu 2; narobe: »(12«. pravilno:»cci2«
5. vrstica nad en. (3); narobe: »s korenom Avogadrovega
števila«, pravilno: »z Avogadrovim številom«
slika 3; narobe: »posoda za razplinjevanje«; pravilno:
»vakuumska črpalka«
1. vrstica na str. 26; narobe: »katerega«, pravilno: »katere«
2.vrstica na sir. 26; narobe »destilata«. pravilno: »destilat«
slika 5: pri drugi puščici spodaj manjka napis »ostanek«
8. vrstica pred koncem str. 26; narobe: /12/, pravilno: /11/
4. vrstica po naslovu 4; narobe: »parcialnim«, pravilno
»parnim«
4. vrstica po naslovu 4: narobe »300°C«. pravilno: »300«
19